번역 (translation (protein synthesis))
쉽게 풀면
전사로 만들어진 mRNA가 세포질로 나오면, 리보솜이라는 세포 소기관이 mRNA의 서열을 세 염기씩 묶어(코돈) 읽습니다. 각 코돈은 특정 아미노산에 대응하며, 운반 RNA(tRNA)가 알맞은 아미노산을 리보솜으로 실어와 사슬처럼 이어 붙입니다. 이렇게 완성된 아미노산 사슬이 접혀 기능을 가진 단백질이 됩니다. 즉 번역은 RNA라는 "언어"를 단백질이라는 "언어"로 바꾸는 과정입니다.
왜 중요한가
번역은 유전정보가 실제 기능을 갖는 단백질로 발현되는 마지막 관문이기 때문에, 유전자 발현 조절 연구에서 전사 수준의 변화만으로는 설명되지 않는 현상을 밝히는 데 핵심적으로 다뤄집니다. mRNA 안정성, 리보솜 결합, 번역 개시 인자의 조절 등이 질병이나 스트레스 반응에서 단백질 발현량을 좌우하는 경우가 많아, 신약 개발이나 세포 스트레스 연구에서도 번역 단계를 표적으로 삼는 접근이 활발히 이루어집니다.
핵심 정리
- 번역은 리보솜이 mRNA를 5′→3′ 방향으로 세 염기(코돈)씩 읽고, 그에 대응하는 아미노산을 tRNA가 날라 와 폴리펩타이드(N 말단 → C 말단)를 만드는 과정입니다.
- 시작은 보통 AUG(메티오닌), 끝은 종결 코돈 UAA, UAG, UGA입니다. 종결 코돈은 아미노산을 지정하지 않습니다.
- 코돈 64개 중 61개가 20종류의 아미노산을 지정하므로 하나의 아미노산에 여러 코돈이 대응합니다(유전암호의 축퇴성). 암호의 해독은 Nirenberg와 Matthaei(1961)가 poly-U RNA로 페닐알라닌 폴리펩타이드가 만들어지는 것을 보인 실험에서 시작되었습니다.
- 세 단계: 개시(리보솜이 mRNA에 붙음), 신장(아미노산 연결), 종결. 각 단계에 개시·신장·종결 인자가 관여합니다.
- 중심원리(DNA → RNA → 단백질)의 마지막 단계이며 앞 단계는 전사입니다. 번역 이후에도 접힘과 화학적 수식이 일어납니다.
예시로 보기
코돈 읽기 예: mRNA 5′-AUG GCU UGG UAA-3′는 AUG(Met) – GCU(Ala) – UGG(Trp) – UAA(종결)로 읽혀 Met–Ala–Trp 세 아미노산 펩타이드가 됩니다. 염기 하나가 빠지면 읽는틀이 어긋나 이후 코돈이 모두 달라지는 틀이동이 일어납니다.
길이 계산 (가상): 종결 코돈을 포함해 900 염기인 암호 부분(ORF)은 (900 − 3) ÷ 3 = 299개 아미노산을 지정합니다. 아미노산 한 개의 평균 질량을 약 110 Da로 잡으면 약 299 × 110 ≈ 32.9 kDa의 단백질입니다(코드로 계산, 개략 값).
측정하는 방법: 리보솜 프로파일링은 리보솜이 보호하는 mRNA 조각을 시퀀싱해 전사체 전체의 번역 활성을 추정합니다(Ingolia 등, 2009).
자주 하는 오해
| 오해 | 바로잡기 |
|---|---|
| 번역은 언어를 옮기는 것과 같은 개념이다. | 분자생물학의 번역(translation)은 mRNA 정보를 아미노산 서열로 바꾸는 과정입니다. 외국어 번역은 언어학·번역학의 다른 맥락입니다. |
| mRNA가 많으면 단백질도 많다. | 번역 효율, 단백질 분해에 따라 달라지며, 포유류 세포에서 mRNA 양은 단백질 양 변동의 일부(약 40%)만 설명한다는 보고가 있습니다(Schwanhäusser 등, 2011). |
| 코돈 하나가 아미노산 하나와 일대일로 대응한다. | 여러 코돈이 같은 아미노산을 지정합니다(축퇴). 반대로 하나의 코돈이 두 아미노산을 지정하지는 않습니다. |
| 완성된 단백질의 첫 아미노산은 늘 메티오닌이다. | 합성은 메티오닌으로 시작하지만 이후 가공으로 떼어 내는 경우가 많습니다. |
| 전사와 번역은 항상 다른 장소에서 일어난다. | 진핵생물에서는 핵과 세포질로 나뉘지만 원핵생물은 같은 공간에서 연달아 진행될 수 있습니다. |
논문에서는 이렇게 쓰입니다
실제 논문에서
이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.
예시 문장
아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.
RNA 양은 그대로인데 그 RNA가 단백질로 만들어지는 효율 자체가 떨어졌다는 것으로, 유전자 발현 조절이 전사 단계가 아니라 번역 단계에서 일어났다는 뜻입니다.
리보솜 프로파일링 기법으로 번역 단계의 전역적 변화를 관찰한 서술이다.
유전 질환 연구에서 돌연변이가 번역 개시 단계에 미치는 영향을 분석한 서술이다.
조금 더 깊게 보면
번역 과정은 크게 개시, 신장, 종결 단계로 나뉘며, 각 단계는 다양한 번역 개시 인자와 신장 인자에 의해 조절됩니다.
최근에는 리보솜 프로파일링(ribosome profiling)이라는 기법을 이용해 리보솜이 실제로 결합해 있는 mRNA 부위를 전사체 수준에서 파악함으로써, 어떤 mRNA가 얼마나 활발히 번역되고 있는지를 정량적으로 측정할 수 있게 되었습니다.
이를 통해 전사량과 번역량, 그리고 실제 단백질량 사이의 관계를 구분해서 살펴보는 연구가 늘고 있습니다.
주의할 점
전사와 번역은 중심원리의 서로 다른 두 단계이므로, 논문에서 어느 단계의 변화를 측정한 결과인지 구분해서 읽어야 합니다.
헷갈리기 쉬운 용어
같은 시기에 나오는 용어이므로 순서를 구분합니다.
| 단계 | 주형 | 산물 |
|---|---|---|
| 전사 | DNA | mRNA 등 RNA |
| 번역 | mRNA | 폴리펩타이드 |
| 번역 후 수식 | 폴리펩타이드 | 기능을 갖춘 단백질 |
참고 문헌
- Crick, F. (1970). Central dogma of molecular biology. Nature, 227, 561–563.
- Nirenberg, M. W., & Matthaei, J. H. (1961). The dependence of cell-free protein synthesis in E. coli upon naturally occurring or synthetic polyribonucleotides. Proceedings of the National Academy of Sciences, 47, 1588–1602.
- Ingolia, N. T., Ghaemmaghami, S., Newman, J. R. S., & Weissman, J. S. (2009). Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling. Science, 324, 218–223.
- Schwanhäusser, B., Busse, D., Li, N., et al. (2011). Global quantification of mammalian gene expression control. Nature, 473, 337–342.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.